CN101900330B

CN101900330B - 一种用于无烟煤的等离子体点火燃烧器

Info

Publication number: CN101900330B
Application number: CN2010102352045A
Authority: CN
Inventors: 王树众; 施海华; 赵军
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2010-07-23
Filing date: 2010-07-23
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2030-07-23
Also published as: CN101900330A

Abstract

本发明涉及锅炉中的煤粉燃烧技术，公开了一种用于无烟煤的等离子体点火燃烧器。它包括依次由内向外同轴布置的第一级燃烧筒、第二级燃烧筒、第三级燃烧筒以及径向伸入第一级燃烧筒的等离子体发生器；所述第一级燃烧筒的入口设置有用于导入煤粉气流的弯头，第二级燃烧筒和第三级燃烧筒的入口分别设置有用于导入煤粉气流的蜗壳。

Description

一种用于无烟煤的等离子体点火燃烧器

技术领域

本发明涉及锅炉中的煤粉燃烧技术，尤其涉及一种用于无烟煤的等离子体点火燃烧器。

背景技术

目前，火电机组最普遍的点火方式是用油枪点火。当锅炉启动时，先投油燃烧，待炉膛温度升高到煤粉气流的着火温度后，喷入煤粉进行油煤混烧，直到煤粉稳定燃烧后才断油，完成点火过程。当锅炉低负荷运行时，煤粉燃烧不稳定，便又启动油枪进行助燃以防止熄火；这种点火方式的耗油量很大，且电厂多采用轻质柴油，成本很高。据统计，我国火电机组的年耗油量约为1800万吨，其中锅炉点火启动及稳燃用油约为900万吨。2008年8月，国务院颁布了《关于进一步加强节油节电工作的通知》，通知中提到所有火电厂(包括新建电厂)燃煤锅炉都要采用等离子无油、小油枪等微油点火技术和低负荷稳燃技术，降低油耗。中央预算内投资和中央财政资金要加大对节约和替代石油项目的支持力度。

采用等离子点火燃烧器，其点火和稳燃与传统的燃油相比具有经济、环保、高效、适宜自动化控制等几大优点：(1)采用等离子点火，运行和技术维护费仅是使用重油点火时费用的15％～20％，对于新建电厂，可以节约数千万元的初投资和试运行费用。(2)由于点火时不燃用油品，电除尘装置可以在点火初期投入，减少了点火初期排放大量烟尘对环境的污染；另外，电厂采用单一燃料后，减少了油品的运输和储存环节，亦改善了电厂的环境。(3)等离子体内含有大量化学活性的粒子，如原子(C、H、O)、原子团(OH、H₂、 O₂)、离子(O2^-、OH^-、O^-、H⁺)和电子等，可加速热化学转换，促进燃料完全燃烧。(4)电厂可以单一燃料运行，简化了系统和运行方式。(5)电站锅炉等离子点火所有设备运行方式均可实现自动化，并可与DCS系统接口运行，具有很高的自动化水平和应用适应能力。

目前，等离子点火及稳燃技术已成功地应用于除无烟煤之外其他各类煤种、各种燃烧方式和不同制粉系统约500余台300MW以上的发电机组，总装机容量达到2.3亿千瓦，占全国火电装机总量的1/3，累计为国家节约燃油500多万吨，节约资金250多亿元；并且近年投产的全国主力发电机组(600MW和1000MW)都已使用该技术。

无烟煤挥发分含量低并且析出温度较高，挥发分的析出和燃烧不足以维持煤粉的着火，使无烟煤燃烧困难，尤其在锅炉点火启动和低负荷运行时稳燃困难，传统的方法是掺入大量的助燃油才能使其燃烧稳定。目前，国内已探明的煤炭储量中，低挥发分无烟煤所占的比例约占15％，而且在目前电厂煤种多变的情况下，积极开发研究低挥发分无烟煤燃烧技术是真正实现电厂无油运行的关键。因此，在电厂实际运行中，如何使锅炉安全经济地燃烧无烟煤等低反应能力的煤种，是电力工业迫切需要解决的一个课题。

发明内容

本发明针对无烟煤的点火问题，提供一种用于无烟煤的等离子体点火燃烧器，采用“分级点燃，逐级放大”，实现无烟煤的等离子体点火燃烧。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

一种用于无烟煤的等离子体点火燃烧器，其特征在于，包括依次由内向外同轴布置的第一级燃烧筒、第二级燃烧筒、第三级燃烧筒以及径向伸入第一级燃烧筒的等离子体发生器；所述第一级燃烧筒的入口设置有用于导入煤粉气流的弯头，第二级燃烧筒和第三级燃烧筒的入口分别设置有用于导入煤粉气流的蜗壳。

本发明的进一步改进和特点在于：

所述第二级燃烧筒内设置有第二级煤粉旋流收缩环，第二级煤粉旋流收缩环靠近第一级燃烧筒的出口。

所述第三级燃烧筒内设置有第三级煤粉旋流收缩环，第三级煤粉旋流收缩环靠近第二级燃烧筒的出口。

所述第一级燃烧筒的煤粉气流浓度分别大于第二、三级燃烧筒的煤粉气流浓度。

本发明是针对无烟煤的点火问题，燃烧器依据“分级点燃，逐级放大”的设计思想，第一级燃烧筒、第二级燃烧筒、第三级燃烧筒依次由内向外同轴布置，等离子体发生器采用径向布置方式，实现三级点火方式。第二、第三级燃烧筒采用旋流送粉方式，并分别设置有第二、二级煤粉旋流收缩环，使得旋流运行的浓煤粉气流能流向燃烧器中心，这样就更容易被上一级火焰点燃。同时，煤粉气流在进入本发明的等离子体点火燃烧器前被分离成三股，其中一股煤粉气流的浓度较大，被送到第一级燃烧筒进行热裂解处理，该煤粉气流被高温的等离子体射流直接点燃，并在喷口形成高温火焰。另两股煤粉气流的浓度较小，分别送至第二，第三级燃烧筒，分别在上一级燃烧筒壁面预热以后，在其出口被上一级煤粉火焰直接点燃，从而实现等离子体点火燃烧器的多级点火功能。

本发明的优点是：可以直接点燃无烟煤等低挥发煤种的煤粉气流，主要应用于旋流燃烧器的改造，在锅炉进行冷炉点火时，可以充当点火燃烧器，当锅炉达到一定负荷时，可以关闭等离子体发生器，该燃烧器便可作为主燃烧器进行运行，并且其结构简单，改造方便，运行费用低。此外，还可在锅炉低负荷运行时作为稳燃装置使用。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1为一种用于无烟煤的等离子体点火燃烧器的结构示意图；

图2为图1的左视示意图；

图中：1、等离子体发生器；2、第一级燃烧筒；3、第二级燃烧筒；4、第三级燃烧筒；5、弯头；6、第二级煤粉旋流收缩环；7、第二级煤粉旋流收缩环；8、第二级燃烧筒蜗壳；9、第三级燃烧筒蜗壳。

具体实施方式

参照图1、图2，为采用本发明的一种用于无烟煤的等离子体点火燃烧器，主要包括依次由内向外同轴布置的第一级燃烧筒2、第二级燃烧筒3、第三级燃烧筒4以及径向伸入第一级燃烧筒2的等离子体发生器1。第一级燃烧筒2的入口设置有用于导入煤粉气流的弯头5，等离子体发生器靠近弯头的外侧壁。第二级燃烧筒3和第三级燃烧筒4的入口分别设置有用于导入煤粉气流的第二级燃烧筒蜗壳8和第三级燃烧筒蜗壳9。第二级燃烧筒3内设置有第二级煤粉旋流收缩环6，第二级煤粉旋流收缩环6靠近第一级燃烧筒2的出口。第三级燃烧筒4内设置有第三级煤粉旋流收缩环7，第三级煤粉旋流收缩环7靠近第二级燃烧筒4的出口。

第一级燃烧筒2形成热裂解室(为第一级反应室A)，其中等离子体发生器1径向插入到热裂解室中，运行时能在热裂解室的入口段形成等离子体高温区域，第一级燃烧筒2、第二级燃烧筒3和第三级燃烧筒4为同轴布置，其中第一级燃烧筒2的长度小于第二级燃烧筒3的长度，第二级燃烧筒3的长度小于第三级燃烧筒4的长度。第一级燃烧筒2出口与第二级燃烧筒3的出口之间形成第二级反应室B，第二级燃烧筒3出口与第三级燃烧筒4出口之间形成第三级反应室C，各级反应室的出口均能形成稳定的火焰。

第一级燃烧筒2的煤粉气流浓度分别大于第二、三级燃烧筒3、4的煤粉气流浓度。即一次风在进入等离子体点火燃烧器前被浓淡分离成三级，其中第一级煤粉气流A1浓度较高，第二、三级煤粉气流A2、A3的浓度相对较低。第一级煤粉气流A1被送入热裂解室(第一级燃烧筒2)中进行热裂解处理，在进行煤粉气流热裂解处理的过程中，煤粉颗粒受到高温冲击，迅速破裂成细小颗粒，致使固相反应表面积的增加，同时加速了挥发分的产生。这些细小煤粉颗粒同氧气的相互作用比大颗粒要强很多，同时又增强了颗粒的裂解，形成一个正反馈回路。这种情况下，煤粉颗粒加热到挥发分析出温度的速度要比大煤粉颗粒直接燃烧时快很多，在热裂解室的前端设置的有弯头5，当第一级煤粉气流A1经过该弯头5时，由于受到离心力的作用，大部分煤粉会紧贴着弯头外侧进入热裂解室，这样也使得大部分煤粉气流直接通过等离子体射流的中心高温区域，热裂解的效果更加明显，在经过热裂解室后，第一级煤粉气流A1会在其出口形成第一级火焰；第二级煤粉气流A2通过第二级燃烧器蜗壳进入第二级燃烧筒3，在此过程中第二级煤粉气流A2首先对热裂解室的壁面进行冷却，由于经过蜗壳后煤粉气流的运行方式为旋流，在燃烧筒的运行时间就会变长，对壁面的冷却效果就会变好，同时第二级煤粉气流A2在反应前吸收了更多的热量，其反应活性得到了一定的增强，当第二级煤粉气流A2进入第二级反应室B后，即被第一级火焰点燃，并在第二级燃烧筒3的出口形成稳定的第二级火焰，在第二级燃烧筒3的内部设置有第二级煤粉旋流收缩环6，当第二级煤粉气流A2喷入第二级反应室B时，由于受到第二级煤粉旋流收缩环6的作用，大部分煤粉气流会被集中到第二级反应室B的中心进行点燃，这一举措不仅能加强第二级反应室B的燃烧强度，同时也能降低壁面温度，防止结渣；同理，第三级反应室C和第二级反应室B的实施过程及功能是一致的，最终通过三级点火燃烧器的运行，在第三级反应室C 的出口形成稳定的火焰。

尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。

Claims

1.一种用于无烟煤的等离子体点火燃烧器，其特征在于，包括依次由内向外同轴布置的第一级燃烧筒、第二级燃烧筒、第三级燃烧筒以及径向伸入第一级燃烧筒的筒壁的等离子体发生器；所述第一级燃烧筒的入口设置有用于导入煤粉气流的弯头，第二级燃烧筒和第三级燃烧筒的入口分别设置有用于导入煤粉气流的蜗壳。

2.根据权利要求1所述的一种用于无烟煤的等离子体点火燃烧器，其特征在于，所述第二级燃烧筒内设置有第二级煤粉旋流收缩环，第二级煤粉旋流收缩环靠近第一级燃烧筒的出口。

3.根据权利要求1所述的一种用于无烟煤的等离子体点火燃烧器，其特征在于，所述第三级燃烧筒内设置有第三级煤粉旋流收缩环，第三级煤粉旋流收缩环靠近第二级燃烧筒的出口。

4.根据权利要求1所述的一种用于无烟煤的等离子体点火燃烧器，其特征在于，所述第一级燃烧筒的煤粉气流浓度分别大于第二、三级燃烧筒的煤粉气流浓度。